JP4714664B2 - 酸素分離装置 - Google Patents
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Description
1 − [Ln(0.016/10-10) / Ln(0.021/10-10)] = 0.014
となり、酸素濃度低下の結果、1.4%の移動速度低下にしかならない。一方、酸素分離の場合、原料空気の圧力を1.0MPaとすると、
1 − [Ln(0.16/0.1) / Ln(0.21/0.1)] = 0.36
となり、実に36%の低下となる。
酸化物イオン透過性酸化物からなる分離膜を用いて酸素を分離する酸素分離装置であって、分離装置本体内部を空気導入側空間及び酸素分離側空間の2つの空間に隔離するように前記分離膜を有する酸素分離管が配置され、前記空気導入側空間に接続された一対の原料空気の流路に沿ってそれぞれ、補助加熱手段及び蓄熱式熱交換器が連設されると共に、前記流路により2種の流路パターンが切換え可能に構成され、一方側流路の前記蓄熱式熱交換器によって昇温され、前記空気導入側空間に導入された原料空気の酸素分離後の酸素貧化空気が、他方側流路の前記補助加熱手段を用いて更に昇温された後、加熱された当該酸素貧化空気により他方側流路の前記蓄熱式熱交換器が蓄熱され、前記流路パターンの切換え後、他方側流路の前記蓄熱式熱交換器によって昇温された原料空気が前記空気導入側空間に導入されるように構成された加熱蓄熱機構を有することを特徴とする酸素分離装置。
図1に、本発明の好ましい具体的を示す。これは、蓄熱式熱交換器8A,8Bを使って原料空気を加熱するシステムを示したもので、図1(a)と図1(b)の2種の流路パターンを一定周期で切り換えて原料空気を加熱する。以下、具体的に本装置を説明する。
原料空気(この場合、高圧空気)は供給口6から開閉バルブ7Aを通って蓄熱式熱交換器8Aに入る。原料空気は蓄熱式熱交換器8A内で、前段で蓄熱された媒体から熱を受けとり、酸素分離可能な温度まで昇温された後、分離装置本体1の空間2に導入される。酸素は酸素排出口5から回収される。酸素貧化空気は、補助加熱手段9Bによって昇温された後、蓄熱式熱交換器8Bの媒体を昇温させながら自身は冷却され、開閉バルブ10Bを通って排出口11より排出される。
また、酸素貧化空気を加熱し、蓄熱式熱交換器で高圧空気を補助加熱なしで800℃まで昇温させたときには、酸素濃度の低下はなく、酸素透過速度は同10cm3と、従来の59%増を確認した。
以上のことから、蓄熱式熱交換器を用いることによって、酸素透過速度の大幅な増大が可能であることを見出した。
2 酸素分離管外面と酸素分離装置本体の間の空間
3 酸素分離管内面と酸素分離装置本体の間の空間
4 酸素分離管
5 分離酸素排出口
6 原料空気導入口
7A 開閉バルブA(原料空気用)
7B 開閉バルブB(原料空気用)
8A 蓄熱式熱交換器A
8B 蓄熱式熱交換器B
9A 補助加熱手段A
9B 補助加熱手段B
10A 開閉バルブA(酸素貧化空気用)
10B 開閉バルブB(酸素貧化空気用)
11 酸素貧化空気排出口
Claims (6)
- 酸化物イオン透過性酸化物からなる分離膜を用いて酸素を分離する酸素分離装置であって、
分離装置本体内部を空気導入側空間及び酸素分離側空間の2つの空間に隔離するように前記分離膜を有する酸素分離管が配置され、
前記空気導入側空間に接続された一対の原料空気の流路に沿ってそれぞれ、補助加熱手段及び蓄熱式熱交換器が連設されると共に、前記流路により2種の流路パターンが切換え可能に構成され、
一方側流路の前記蓄熱式熱交換器によって昇温され、前記空気導入側空間に導入された原料空気の酸素分離後の酸素貧化空気が、他方側流路の前記補助加熱手段を用いて更に昇温された後、加熱された当該酸素貧化空気により他方側流路の前記蓄熱式熱交換器が蓄熱され、
前記流路パターンの切換え後、他方側流路の前記蓄熱式熱交換器によって昇温された原料空気が前記空気導入側空間に導入されるように構成された加熱蓄熱機構を有することを特徴とする酸素分離装置。 - 原料空気が前記蓄熱式熱交換器によって、酸素分離可能な温度まで昇温された後、前記流路パターンの切換えを行う流路切換え制御機構を更に有することを特徴とする請求項1に記載の酸素分離装置。
- 前記補助加熱手段は、酸素分離後の前記酸素貧化空気に燃料を混合し、酸化触媒による燃焼熱を利用する加熱手段であることを特徴とする請求項1または2に記載の酸素分離装置。
- 前記蓄熱式熱交換器による熱交換によって加熱された前記原料空気の温度が、700℃以上950℃以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸素分離装置。
- 酸素分離側に減圧手段を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸素分離装置。
- 前記酸化物イオン透過性酸化物が実質的に立方晶ペロブスカイト酸化物であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の酸素分離装置。
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- 2006-10-31 JP JP2006296588A patent/JP4714664B2/ja active Active
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